COSNI : Croissance des COuches Semipolaires de semiconducteurs Nitrures de qualité optimale pour applications opto-électroniques

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RÉSEAUX ET
TÉLÉCOMMUNICATION
COORDINATEUR: Pierre Ruterana, CIMAP-ENSICAEN, 14050, Caen; PARTENAIRES: Eva Monroy, CEA-
INAC, Grenoble; Gilles Nataf, CRHEA-CNRS, Sophia Antipolis; Maria Tchernycheva, IEF-Uni. Paris Sud, Orsay
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OBJECTIFS DU PROJET
Le but de COSNI était d’étudier les possibilités d’une technonlogie
semipolaire nitrures, en abordant particulièrement
l‘orientation (11-22) pour applications optoélectroniques.
Nous avons proposé deux domaines d’application:
Optoélectrinique dans le Visible: Demonstrateur: Diode
Electroluminescente
Optoélectronique Infrarouge: Demonstrateur: Photodétecteur
infrarouge à puits quantiques, remplacé par un QCD.
Plaquette de GaN semipolaire
MÉTHODOLOGIE ET RESULTATS
Pour la réalisation des objectifs de COSNI, la croissance des
couches et héterostructures était prise en charge par les deux
plus gros laboratoires publics français dans le domaine des
nitrures (CEA-INAC et CRHEA). avons constaté des différences
dans l’incorporation de l’In par rapport à l’orientation. Les trois
techniques les plus performantes du domaine (épitaxie aux
hydrures en phase vapeur, la croissance en phase vapeurs
aux organométalliques, et l'épitaxie aux jets moléculaires
assistée par plasma) ont été mises en œuvre pour
optimiser la croissance des couches semipolaires.
Au cours du projet COSNI, nous avons mis au point une méthode
de croissance originale des couches semipolaires de GaN par
épitaxie latérale asymétrique qui a permis de diminuer les
densités des défauts cristallins de plus de deux ordres de
grandeurs. Le mécanisme d'arrêt des fautes d'empilement basales
a été identifié, il met en oeuvre des fautes d'empilement
prismatiques. Les dopages p et n ont été optimisés et une
émission lumineuse allant jusqu’au jaune à été mise en évidence.
Concernant les alliages ternaires, nous avons constaté des
différences dans l’incorporation de l’In par rapport à l’orientation
polaire, notamment une amélioration par MOVPE et une
inhibition par MBE. Par ailleurs, nous avons détecté une
séparation de phase dans l’AlGaN (11-22) MBE dès que la
concentration en Al dépasse 10%. Finalement, nous avons
observé pour la première fois l’absorption intersousbande dans
les nanostructures semipolaires.
CONCLUSION ET PRESPECTIVES
COSNI a représenté un avancement important pour la technologie
des nitrures semipolaires, avec des résultats majeurs tels que le
développement de la méthode ELO asymétrique, qui amène une
réduction de la densité des défauts cristallins de plus de deux
ordres de grandeurs, ainsi qu'une ouverture importante vers la
fabrication des plaquettes semipolaires de GaN autosupporté qui
reste à concrétiser en mettant au point des procédures de
polissage adaptées. L'intense effort de recherche nous a conduit à la
fabrication des composants émettant dans le rouge-orange, à la première
observation de transitions intersousbandes dans des puits quantiques et
boîtes quantiques semipolaires, ainsi qu'à la fabrication de structures
complètes d'un photodétecteur à cascade quantique qui montre une
absorption intersousbande dans l’infrarouge moyen à température
ambiante. Bien évidemment, il est clair que la technologie des nitrures
semipolaires n'est pas encore standardisée et qu'un gros effort de
recherche fondamentale reste encore indispensable.
COSNI COuches Semipolaires de semiconducteurs NItrures de
qualité optimale pour applications opto-électroniques
Programme Blanc BLAN08-1_323691
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QCD